第 3.9 節 - 回收方法
地球以外的大多數地方都沒有自動回收廢物，而太空專案將擁有有限數量的材料，這些材料已經過加工，超出了原材料狀態。我們將回收定義為應用能量和工藝將材料從無用狀態轉換回有用狀態。它與從原材料生產共享一些技術，除了使用以前已經過加工且未處於其原始狀態的材料。事實上，一些回收方法將涉及將廢物產品送回生產過程。
回收的目標是實現閉合，其中所有廢物產品都被轉換回有用狀態，唯一的外部輸入是能量。我們預計這將是一個理論上的限制，類似於電力變壓器和電機中的轉換效率。這些裝置可以達到 98% 的效率，但不能達到 100%。同樣，實際回收預計將達到很高的百分比，但不能達到 100%。在您的閉合百分比 CL% 接近 100 的程度上，所需的新原材料數量減少到沒有回收的開放系統的 100-CL%。因此，較高的閉合百分比可以對對新原材料加工或從其他地方帶來的替換物品的需求產生重大影響。
有些物品由於其性質而無法回收利用。一個突出的例子是由推進方法將反應質量排放到重力井之外。為了獲得推力，您故意將該質量扔掉，而在重力井之外，沒有實用的方法可以回收它以再次使用。在重力井內，例如使用化學火箭從地球發射，所有反應質量都是亞軌道 - 範圍從大約 -1/2 軌道速度到 +1/2 軌道速度，具體取決於飛行器速度。因此，它最終都會回到地球，可以再次使用。雖然有些反應質量無法回收，但您可以有意選擇效率更高的方法，以這種方式損失更少的質量，並使用諸如引力輔助之類的不會損失推進劑質量的方法。
人類是生物有機體，需要某些條件才能繼續生存，包括清潔的空氣、水和充足的食物。從人類的角度來看，他們還會產生廢物產品，例如 CO2、尿液和糞便。在地球上，從人類的角度來看，這些廢物是植物和其他生物的必要輸入，而太陽能蒸發會在雨的形式下產生清潔的水。自然迴圈形成閉環。對於太空專案，我們必須用人工系統複製這些閉環的功能，或從外部來源供應空氣、水和食物。時間越長，人類數量越多，外部供應質量就越大，因此閉環系統越可取。
除了空氣、食物和水等輸入之外，人類還需要控制照明、溫度、壓力、輻射水平和加速度。從化學的角度來看，準備好的食物和糞便很複雜，人類還會產生次要揮發物和脫落的皮膚，而且身體和衣服清潔也是理想的。因此，針對人類的完整生命支援系統很複雜。我們採用系統工程方法將其劃分為更簡單的子系統，每個子系統執行所需總功能的一部分，然後最佳化整體系統。除了提供生命支援的直接功能，例如種植植物生產食物，還有一些由滿足植物需求引起的間接功能，例如水、照明、重力和 CO2 濃度。下面列出的方法包括滿足直接和間接功能。
人類和植物是在 1 g 環境中進化的。沒有重力，人類骨骼會退化，有些植物可能無法正常生長。有了重力，水的迴圈和灰塵沉降會以熟悉的方法執行。如果來自大型衛星或行星的區域性重力不足，則可以透過旋轉產生人工加速度。
光合作用植物需要足夠的光照和正確的波長才能生長，而人類需要足夠的光線才能看到和導航。兩者都在地球上進化，太陽是主要的照明來源，兩者都使用太陽發射功率最大的波長帶，稱為可見光。不同植物的強度、晝夜迴圈和波長略有不同，以及人類正確視物所需的光照。在太空中的許多地方都可以輕鬆獲得自然陽光，因此如果可以的話，一定要考慮。人工照明適用於自然陽光不足的情況下，但這通常需要電源才能執行。對於一大片植物而言，這相當於大量的能量，因此即使需要集中能量，通常也優先選擇自然光源。
地球上的植物通常生長在土壤中，土壤是由碎石加上微生物、水、養分和有機物組成的。水培法省去了惰性岩石成分，這可以為太空專案節省質量。但是，如果需要輻射遮蔽，則惰性岩石成分可以發揮雙重功能。雖然成熟的土壤只在地球上已知，但在太空中有許多小岩石顆粒、水和碳的來源，這些來源構成了土壤質量的很大一部分。
人類的食物需求可以用總能量來衡量，通常用食物卡路里來衡量，食物卡路里相當於 4184 焦耳的可用能量。這些需求還透過各種特定養分以特定數量來衡量。在給定情況下，供應所有低質量的養分可能效率不高，而供應主要的養分。閉環系統中未獲得的任何養分都必須從外部補充，或者在短時間內根本不供應。人類需求可以轉換為每人特定的種植面積，使用農業生產力的已知資料。這些資料可以透過太空系統的設計進行修改。例如，如果植物每天需要 12 小時的陽光照射，那麼您可以透過使用每 12 小時交換一次的托盤並在照明托盤下方存放另一個托盤來在同一區域種植兩倍的植物。